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Einrichtung zur Erzeugung eines Stromes als lineare Funktion der Summe
von n unabhängig voneinander veränderlichen Strömen (z1 > 1) mit Hilfe einer Gleichstrommaschine
Die Erfindung betrifft eine elektrische Einrichtung, bei der mehrere unabhängig
voneinander veränderliche Gleichströme I", Ib, 4 . . . 1, gegeben sind und
ein Gleichstrom 12 erzeugt werden soll, der eine lineare Funktion der Summe der
Einzelströme darstellt. Der Strom I2 muß dann folgender Gleichung genügen: I2-K.Ia+KbIb+KJ,-E-...+Knl"
wobei die positiven oder negativen Konstanten K", Kb, K, . . . Kn gegeben
sind. Von besonderer Bedeutung ist dies dann, wenn die Einzelströme Iü, Iv, 1c
. . .1" als unmittelbares Maß für mehrere Veränderliche dienen und man einen
entsprechenden Strom in einfacher Proportion, z. B. entsprechend der algebraischen
Summe erhalten will, wobei die eine in positiver, die andere in negativer bzw. in
kleinerer oder ,größerer Proportion atehen soll.
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Ein solcher Fall ist vor allem gegeben, wenn mehrere entgegengeschaltete
Wicklungen auf einer Maschine durch eine einzige Wicklung ersetzt werden sollen,
deren Amperewindungen der gewünschten algebraischen Kombination entsprechen. Bei
zur Steuerung der Erregung, mehrerer in Reihe liegender Maschinen dienenden Einrichtungen
sind die von den veränderlichen Strömen durchflossenen Erregerwicklungen auf den
bekannten Gleichstrommaschinen gewöhnlicher Bauart vorgesehen. Eine lineare Änderung
der charakteristischen Größe der verwendeten Gleichstrommaschinen, nämlich der Spannung,
wird hier jedoch nicht erreicht. Benutzt man hiervon abweichend Gleichstrommaschinen
der Gleichstromkonstantstrommaschinenbauart, so erzielt man den Vorteil,. daß Temperaturänderungen,
die die Genauigkeit der Proportionalität in starkem Maße beeinträchtigen können,
in bezug auf die Steuerung des resultierenden Stromes unwirksam sind. Auch können
durch magnetische Verhältnisse bedingte Ungenauigkeiten in einfacher Weise durch
Anordnung einer geeignet ausgelegten Ständerwicklung vermieden werden. Gleichstrommaschinen
der Gleichstromkonstantstrommaschinenbauart geben bekanntlich mit ihren Ständer-
und Ankerfeldern einen praktisch konstanten Strom ab und wären somit ohne besondere
Hilfsmittel nicht in der Lage, einen Strom zu erzeugen, der der Summe der veränderlichen
Ströme proportional ist.
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Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der von den Nutzbürsten
der Gleichstrommaschine abgenommene resultierende Strom ausschließlich von den Feldänderungen
einer
zusätzlichen Wicklung abhängig ist, die in ii, von je einem der unabhängig voneinander
veränderlichen Ströme durchflossene Teilwicklungen unterteilt ist. Die Windungszalil
dieser Wicklungen entspricht den gegebenen Konstanten K«, kb, Kc . kn.
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Als Gleichstromkonstantstrommaschine, die der Erfindung zugrunde liegt,
ist eine Metadyne vorgesehen, die im wesentlichen aus einem bewickelten Läufer mit
Kommutator besteht, während der unbewickelte Ständer nur als Rückschluß für den
von den Ankeramperewindungen erzeugten Fluß dient. Auf dem Kommutator schleifen
im allgemeinen zwei Bürstensätze. Der den einen Bürstensatz durchfließende Strom
erzeugt dabei am anderen Bürstensatz eine elektromotorische Kraft. Der Primärbürstensatz
liegt an einer im wesentlichen konstanten Spannung, während der Sekundärbürstensatz
die Verbraucher speist. Der an die Verbraucher abgegebene Sekundärstrom der Metadyne
wird durch eine ini Ständer untergebrachte Stromregelwicklung geregelt, deren magnetische
Achse ini wesentlichen mit der Richtung der Ankeramperewindungen, die vom Sekundärstrom
erzeugt werden, zusammenfällt. Da die an den Primärbürsten liegende Spannung konstant
ist. ist der Sekundärfluß, der die entsprechende elektromotorische Kraft erzeugt,
ebenfalls konstant. Damit muß auch die algebraische Summe der Läufer- und Ständerampere«-indungen
in Richtung des Sekundärflusses konstant sein, so daß die Amperewindungen der Stromregelwicklung
die Stromstärke im Sekundärkreis unabhängig von der erzeugten Sekundärspannung regeln.
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Die Zahl der in Richtung der Sekundärbürstenachse magnetisierenden
Amperewindungen ist, wenn man die entsprechenden Konstanten mit kJ, Kb', ILJ. .
. K,' bezeichnet, durch folgende.Beziehung gegeben: KI., -f- K. I.
-f- Kb Ib -I- KJ I, -I- . . . -(- K,Z In -!- B = A .
K' sind
die reduzierenden Amperewindungen der Läuferwicklung, A die Amperewindungen, die
den Sekundärfluß erzeugen, und S die Amperewindungen einer weiteren zusätzlichen,
auf dem Ständer angeordneten Stromregelwicklung. Nach einem weiteren Gedanken der
Erfindung entsprechen 'die Amperewindungen B dieser Wicklung genau den Amperewindungen
A. Damit erhält man für den resultierenden Strom folgende Bezeichnung:
Es ist ersichtlich, daß die oben aufgestellte Bedingung erfüllt wird, wenn Il#..'
=- K'Ka; Iib' =-W'Kb; K,' = -Ii'K,; . . . K,Z - - 1U
K,# gemacht wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Abb. I zeigt das Prinzipschaltbild mit einem Metadyneuinformer i, dessen
primäre Bürsten a:, c an eine primäre Stromquelle 7, 8 mit im wesentlichen konstanter
Spannung angeschlossen sind. Die Sekundärbürsten b und d speisen einen Verbraucher
z, dem der resultierende Strom zugeführt werden soll. Die zusätzliche Wicklung,
von deren Feldänderungen der von den Nutzbürsten h, d abgenommene Strom abhängt,
ist beispielsweise in drei Teilwickhingen .I, j und 6 unterteilt, die je von einem
dreier unabhängig voneinander veränderlicher Ströme durchflossen «,-erden.
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Die Stromregelwicklung 3 erzeugt die für den Sekundärfluß notwendigen
Amperewindungen und liegt parallel zu den Primärbürsten. Durch diese Anordnung hat
eine Schwankung der Primärspannung auf den resultierenden Sekundärstrom I2 keinen
Einfluß, da die Amperewindungen der Wicklung 3 in gleichem Maße und in gleicher
Richtung schwanken und dabei die notwendige Änderung des Sekundärflusses erzeugen,
vorausgesetzt, daß das Eisen nicht gesättigt ist.
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Abb. 2 zeigt eine Generatormetadyne, deren Primärbürsten a., c kurzgeschlossen
sind.. In diesem Falle liegt die Stromregelwicklung 3 parallel zu den Sekundärbürsten
b und d. Sie hat nur eine kleine Anzahl Amper ewindungen zu erzeugen,
die notwendig ist, um die geringere primäre elektromotorische Irraft des Kurzschlußkreises
zu induzieren. Diese elektromotorische Kraft ist der Sekundärspannung proportional,
wenn das Eisen ungesättigt ist.
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Ein stabilerer Betrieb des Generators läßt sich durch eine Gegenkompoundierung
erzielen, d. h. wenn der Sekundärstrom der Metadyne eine Ständerwicklung durchfließt.
die zwischen den Sekundärbürsten eine elektromotorische Kraft erzeugt, die dem Nutzstrom
I_ entgegengerichtet ist. Das Schalt-
Bild der- Abb. 3 zeigt eine
solche Wicklung g. Auf dem Ständer dieser Maschine ist noch eine weitere Wicklung
io angeordnet, deren magnetische Achse mit der Kommutierungsachse des Primärstromes
zusammenfällt und die zwischen den Sekundärbürsten eine elektromotorische Kraft
in der gleichen Richtung induziert wie der Primärstrom, so daß auf diese Weise der
Primärstrom beliebig klein gehalten werden kann.
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Eine Parallelverschiebung der gesamten Charakteristik, beispielsweise
der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie, kann man dann erreichen, wenn auch der Primärstrom
eine Ständerwicklung durchfliegt, welche zwischen den Primärbürsten eine dem Primärstrom
entgegengerichtete elektromotorische Kraft induziert. In Abb. q. ist eine derartige
Ausführung veranschaulicht. Die Primärbürsten a und c sind über die Wicklung i i
von geringem Widerstand kurzgeschlossen. Diese Ausführung ist dann von besonderer
Bedeutung, wenn der Primärstrom durch die Anordnung der Ständerwicklung io verringert
wird, welche zwischen den Sekundärbürsten eine elektromotorische Kraft in der gleichen
Richtung erzeugt wie die primären Läuferamperewindungen, sofern die Wicklung io
als wirkungslos angenommen wird.
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Die Ständerwicklungen 9, io und i i, deren Wirkungsweise im Zusammenhang
mit Metadynen mit kurzgeschlossenen Primärbürsten beschrieben wurde, können ebensogut
auch bei Metadynen Anwendung finden, deren Primärbürsten an den Klemmen eines Gleichstromnetzes
konstanter Spannung liegen. Die Wirkung ist in beiden Fällen die gleiche.